CN105706411A - 用于IPv6协议的高效网络层 - Google Patents

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Abstract

一种电子设备可以包括可以使得所述电子设备能够将所述电子设备以无线方式耦合到其它电子设备的网络接口。所述电子设备还可以包括可以使用下一代路由信息协议(RIPng)路由机制来确定到所述其它电子设备的至少一个数据路径的处理器。在标识了到所述其它电子设备的至少一个数据路径之后，所述处理器可以使用数据报传输层安全(DTLS)协议来确定经标识的数据路径是否是安全的。如果经标识的数据路径被确定为安全的，则所述处理器可以经由所述安全数据路径向所述其它电子设备发送网际协议版本6(IPv6)数据分组。

Description

用于IPv6协议的高效网络层
背景技术
本部分旨在向读者介绍可能与在下面描述和/或要求保护的目前技术的各个方面有关的领域的各个方面。本讨论被认为在给读者提供背景信息以方便更好地理解本公开的各个方面时是有用的。因此，应该理解，这些声明将从这个角度阅读，而不作为对现有技术的认可。
许多电子设备现在能够连接到无线网络。例如，智能仪表技术采用无线网络来将与住宅物业相关联的电能耗数据传递回到公用事业公司以用于监视、计费等。因此，许多无线联网标准当前可用于使得电子设备能够与彼此进行通信。例如，一些智能仪表实施方式通过低功率无线个人区域网(6LoWPAN)采用网际协议版本6(IPv6)来使得电子设备能够与智能仪表进行通信。然而，可能通常未针对一个或多个实际场景很好地装备诸如6LoWPAN的当前可用的无线联网标准以支持在整个居住地或家庭中分散的电子设备。也就是说，当前可用的无线联网标准可能未鉴于一个或多个已知的实际约束来以安全又简单的消费者友好的方式高效地连接网络的所有电子设备。而且，针对一个或多个实际场景，当前可用的无线联网标准可能不提供用于以自组织方式将新电子设备添加到现有无线网络的高效方式。
此外，当为在家庭中和在家庭附近使用的电子设备提供无线网络标准时，使用为不同的设备提供开放协议的无线网络标准来学习如何获得对网络的访问将是有利的。并且，考虑到可能与家庭相关联的电子设备的数目，无线网络标准能够支持网际协议版本6(IPv6)通信使得每个设备可以具有唯一IP地址并且可以能够经由互联网、经由家庭环境中的本地网络等来访问将是有利的。另外，对于无线网络标准来说允许电子设备使用最少量的功率在无线网络内通信将是有利的。记住这些特征，人们认为一个或多个缺点是通过每个已知当前可用的无线联网标准在提供具有开放协议并且能够被用于在家庭中和在家庭附近的电子设备的低功率、基于IPv6的无线网状网络标准的场境中呈现的。例如，诸如DustWiFi和的无线网络标准未能提供上面所讨论的期望特征中的一个或多个。
例如，通常提供用于经由短波长无线电发射在短距离之上通信的无线网络标准。因此，的无线网络标准可能不支持在整个家庭中布置的许多电子设备的通信网络。而且，的无线网络标准可能不支持无线网状通信或IPv6地址。
如上面所提到的，由Dust提供的无线网络标准相对于将使得布置在家庭中的电子设备能够高效地与彼此进行通信的一个或多个特征，还可能引起一个或多个缺点。特别地，Dust的无线网络标准可能不提供可以由其他人用来与在DustNetworks的网络上操作的设备相接口的开放协议。替代地，Dust可以被设计成方便位于诸如组装线、化学工厂等的工业环境中的设备之间的通信。因此，Dust的无线网络标准可以被导向提供具有每个设备可以向其它设备传递并侦听来自其它设备的指令的预定义时间窗口的可靠通信网络。以这种方式，Dust的无线网络标准可能需要利用在家庭中使用的消费者电子设备实现起来可能不够经济的复杂且相对昂贵的无线电发射器。
像Dust的无线网络标准一样，与相关联的无线网络标准可能不是开放协议。替代地，的无线网络标准可以仅可对于将特定收发器芯片嵌入到它们的设备中的授权客户端是可用的。而且，的无线网络标准可能不支持基于IPv6的通信。也就是说，的无线网络标准可能要求桥接设备将在设备上产生的数据转化成可以经由互联网传送的基于IP的数据。
现在参考的无线网络标准，具有通常称为Pro和IP的两个标准。而且，Pro可能在支持无线网状联网的场境中具有一个或多个缺点。替代地，Pro可能至少部分地取决于在Pro网络中方便每个设备之间的通信的中央设备。除对于该中央设备的增加功率要求之外，保持开启以处理或拒绝某些无线业务的设备能够在它们的壳体内产生可以改变由该设备获取的一些传感器读数(诸如温度读数)的附加热。因为这些传感器读数在确定家庭内的每个设备可以如何操作时可能是有用的，所以避免在设备内不必要地产生可能更改传感器读数的热可能是有利的。此外，Pro可能不支持IPv6通信。
现在参考IP，IP可以在直接的设备对设备通信的场境中引起一个或多个缺点。IP被导向方便通过中继的设备数据到中央路由器或设备的通信。因此，中央路由器或设备可能要求恒定供电并且因此可能不表示用于设备之间的通信的低功率手段。而且，IP可能在可以在单个网络中采用的节点的数目(即，每网络～20个节点)方面具有实际限制。另外，IP使用可以展现高带宽、处理、和内存要求的“波纹(Ripple)”路由协议(RPL)，这对于每个IP连接的设备来说可以暗示附加功率。
像上面所讨论的无线网络标准一样，WiFi的无线网络可能在使能具有低功率要求的设备之间的通信方面展现一个或多个缺点。例如，WiFi的无线网络标准还可能要求每个联网的设备总是被加电，并且此外可能要求中央节点或集线器的存在。如本领域中已知的，WiFi是对于相对更高的带宽数据传输(例如，流视频、同步设备)来说可能是理想的相对常见的无线网络标准。因此，WiFi设备通常被耦合到连续电源或可再充电电池，以支持设备之间的数据传输的恒定流。另外，WiFi的无线网络可能不支持无线网状联网。即使如此，WiFi有时可以提供比一些较低功率协议更好的连接性。
发明内容
在下面阐述本文中所公开的特定实施例的概要。应该理解，这些方面仅被呈现来给读者提供这些特定实施例的简要概要，并且这些方面不旨在限制本公开的范围。实际上，本公开可以包含可能未在下面阐述的各个方面。
本公开的实施例涉及电子设备，诸如可以被布置在建筑物(例如，家庭或办公室)中使得该电子设备可以与被布置在同一建筑物中的另一电子设备以无线方式进行通信的恒温器。在一个实施例中，所述电子设备可以包括使得所述电子设备能够经由无线网状网络将所述电子设备以无线方式耦合到另一个电子设备的网络接口。所述电子设备还可以包括可以使用下一代路由信息协议(RIPng)路由机制和网络接口来确定经由无线网状网络到另一个电子设备的至少一个数据路径的处理器。在标识了到另一个电子设备的至少一个数据路径之后，处理器可以使用数据报传输层安全(DTLS)协议来确定经标识的数据路径是否是安全的。如果经标识的数据路径被确定为安全的，则处理器可以经由安全数据路径向另一个电子设备发送网际协议版本6(IPv6)数据分组。结果，电子设备可以利用相对较少的用户输入在它本身与被布置在同一建筑物中的另一个电子设备之间建立安全通信网络。
可以存在上面所指出的关于本公开的各个方面的特征的各种明确表达。同样还可以在这些各个方面中并入另外的特征。这些明确表达和附加特征可以单独地或相结合地存在。例如，在下面所讨论的关于所图示的实施例中的一个或多个的各种特征可以被单独或相结合地并入到本公开的上面描述的方面中的任一个中。上面所呈现的简要概要仅旨在使读者熟悉本公开的实施例的特定方面和上下文，而不限于所要求保护的主题。
附图说明
可以在阅读以下具体实施方式时并在参考附图时更好地理解本公开的各个方面，在附图中：
图1图示根据实施例的、可以使用高效网络层协议来与布置在家庭环境中的其它设备进行通信的通用设备的框图；
图2图示根据实施例的、在其中图1的通用设备可以经由高效网络层协议与其它设备进行通信的家庭环境的框图；
图3图示根据实施例的、与图2的家庭环境中所描绘的设备相关联的示例无线网状网络；
图4图示根据实施例的、表征用于图2的家庭环境的通信系统的开放系统互连(OSI)模型的框图；
图5图示根据实施例的、图4的OSI模型中的高效网络层的详细视图；
图6图示根据实施例的、用于在图5的高效网络层中将下一代路由信息协议(RIPng)网络实现为路由机制的方法的流程图；
图7A至图7D图示根据实施例的、如何能够实现图6的方法的RIPng网络的示例；
图8图示根据实施例的、包括将安全证书嵌入到图1的通用设备中的制造过程的框图；
图9图示根据实施例的、在图5的高效网络层中使用数据报传输层安全(DTLS)协议的图2的家庭环境中的设备之间的示例握手协议；
具体实施方式
将在下面描述本公开的一个或多个特定实施例。这些描述的实施例仅是目前公开的技术的示例。因此，为了提供这些实施例的简明描述，可能不在本说明书中描述实际实施方式的所有特征。应该了解在任何这种实际的实施方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施方式特定的决策以实现开发者的特定目标，诸如遵照可能从一个实施方式到另一实施方式变化的系统相关且业务相关的约束。而且，应该了解，这种开发努力可能是复杂的且费时的，但是对于受益于本公开的普通技术人员来说可能是设计、制作和制造的例行任务。
当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”和“该”旨在意味着存在这些元件中的一个或多个。术语“含有”、“包括有”和“具有”旨在为包括的，并且意味着可以存在除所列举的元件以外的附加元件。此外，应该理解，对本公开的“一个实施例”或“实施例”的引用不旨在被解释为排除也并入所记载的特征的附加实施例的存在。
本公开的实施例一般地涉及可以由在家庭环境中与彼此进行通信的设备所使用的高效网络层。通常，住在家里的消费者可能发现使他们的家庭内的各种设备的操作协调使得他们所有的设备被高效地操作是有用的。例如，恒温器设备可以被用来检测家庭的温度并且基于所检测到的温度来使其它设备(例如，灯)的活动协调。在这个示例中，恒温器设备可以检测可以指示家庭外部的温度对应于白天的温度。恒温器设备然后可以向灯设备传达可能存在可被家庭利用的日光并且因此应该关掉灯。
除高效地操作他们的设备之外，消费者通常更喜欢使用牵涉最少量的设置或初始化的用户友好的设备。也就是说，消费者将通常更喜欢购买在执行少数初始化步骤之后是完全可操作的设备，所述少数初始化步骤可以由不管年龄或技术经验的几乎任何个体执行。
记住这个，为了使得设备能够在最少用户参与的情况下在家庭环境内在彼此之间高效地传递数据，设备可以使用高效网络层来管理它们的通信。也就是说，高效网络层可以建立家庭内的许多设备可以经由无线网状网络与彼此进行通信的通信网络。该通信网络可以支持网际协议版本6(IPv6)通信，使得每个连接的设备可以具有唯一网际协议(IP)地址。而且，为了使得每个设备能够与家庭集成在一起，对于每个设备而言使用少量的功率在网络内通信可能是有用的。也就是说，通过使得设备能够使用低功率通信，可以将设备放置在家庭中的任何地方，而无需耦合到连续电源。
高效网络层因此可以建立可以在两个或更多个设备之间传输数据使得通信网络的建立几乎不牵涉用户输入、设备之间的通信几乎不牵涉能量、并且通信网络它本身是安全的过程。在一个实施例中，高效网络层可以是采用下一代路由信息协议(RIPng)作为其路由机制并且可以使用数据报传输层安全(DTLS)协议作为其安全机制的基于IPv6的通信网络。因此，高效网络层可以提供用于向家庭添加或移除设备同时保护在已连接的设备之间传递的信息的简单手段。
通过介绍，图1图示可以在家庭环境内与其它同样的设备进行通信的通用设备10的示例。在一个实施例中，设备10可以包括一个或多个传感器12、用户接口组件14、电源16(例如，包括电力连接和/或电池)、网络接口18、处理器20等。特定传感器12、用户接口组件14和电源配置可以与每个设备10相同或类似。然而，应该注意在一些实施例中，每个设备10可以基于设备类型或模型而包括特定传感器12、用户接口组件14、电源配置等。
在某些实施例中，传感器12可以检测诸如加速度、温度、湿度、水、供应电力、接近、外部运动、设备运动、声音信号、超声信号、光信号、火、烟雾、一氧化碳、全球定位卫星(GPS)信号、射频(RF)、其它电磁信号或场等的各种特性。因此，传感器12可以包括温度传感器、湿度传感器、危险相关传感器或其它环境传感器、加速度计、麦克风、相当于并包括相机(例如，电荷耦合器件或视频相机)的光学传感器、有源或无源辐射传感器、GPS接收器或射频标识检测器。虽然图1图示具有单个传感器的实施例，但是许多实施例可以包括多个传感器。在一些实例中，设备10可以包括一个或多个主传感器和一个或多个辅传感器。这里，主传感器可以感测对设备的核心操作极为重要的数据(例如，感测恒温器中的温度或者感测烟雾检测器中的烟雾)，同时辅传感器可以感测能够被用于能量高效目标或智能操作目标的其它类型的数据(例如，运动、光或声音)。
设备10中的一个或多个用户接口组件14可以从用户接收输入并且/或者向用户呈现信息。所接收到的输入可以被用来确定设定。在某些实施例中，用户接口组件可以包括对用户的运动做出响应的机械或虚拟组件。例如，用户能够机械地移动滑动组件(例如，沿着垂直或水平轨道)或者使可旋转环旋转(例如，沿着圆形轨道)，或者可以检测用户沿着触摸板的运动。这些运动可以与能够基于用户接口组件104的绝对位置或者基于用户接口组件104的位移来确定的设定调整(例如，对于可旋转环组件的每10°旋转按1华氏度调整设定点温度)相对应。物理上且实际上可移动的用户接口组件能够允许用户沿着表观连续统一体的一部分设置设定。因此，用户可能不局限于在两个离散选项之间选择(例如，如果使用了上下按钮则情况将是这样的)，而是能够沿着一系列可能的设定值迅速地且直观地定义设定。例如，用户接口组件的移动的大小可以与设定调整的量级相关联，使得用户可以显著地更改具有大移动的设定或者微调具有小移动的设定。
用户接口组件14还可以包括一个或多个按钮(例如，上下按钮)、小键盘、数字键盘、开关、麦克风、和/或相机(例如，以检测手势)。在一个实施例中，用户接口组件14可以包括可以使得用户能够通过使环旋转(例如，以调整设定)和/或通过向内点击环(例如，以选择经调整的设定或者以选择一个选项)来与组件交互的点击并旋转环孔组件。在另一实施例中，用户接口组件14可以包括可以检测手势(例如，以指示设备的电力或警报状态将改变)的相机。在一些实例中，设备10可以具有可以被用来设置多个类型的设定的一个主输入组件。用户接口组件14还可以被配置成经由例如视觉显示器(例如，薄膜晶体管显示器或有机发光二极管显示器)和/或音频扬声器向用户呈现信息。
电源组件16可以包括电力连接和/或本地电池。例如，电力连接可以将设备10连接到诸如线电压源的电源。在一些实例中，AC电源能够被用来反复地对(例如，可再充电的)本地电池充电，使得电池可以被稍后用来在AC电源不可用时向设备10供应电力。
网络接口18可以包括使得设备10能够在设备之间进行通信的组件。在一个实施例中，网络接口18可以使用高效网络层作为其开放系统互连(OSI)模型的一部分进行通信。在一个实施例中，将在下面参考图5更详细地描述的高效网络层可以使得设备10能够使用RIPng路由机制和DTLS安全方案来以无线方式传递IPv6型数据或业务。因此，网络接口18可以包括无线卡或一些其它收发器连接。
处理器20可以支持各种不同的设备功能性中的一个或多个。因此，处理器20可以包括被配置和编程为执行和/或使本文中所描述的功能性中的一个或多个被执行的一个或多个处理器。在一个实施例中，处理器20可以包括执行存储在本地存储器(例如，闪存、硬盘、随机存取存储器)中的计算机代码的通用处理器、专用处理器或专用集成电路、其组合，和/或使用其它类型的硬件/固件/软件处理平台。另外，可以将处理器20实现为由中央服务器或基于云的系统诸如借助于运行使用异步JavaScript和XML(AJAX)或类似协议来执行从云服务器提供的指令的Java虚拟机(JVM)而远程地执行或者管理的算法的本地化版本或配对物。通过示例，处理器20可以检测位置(例如，房屋或房间)何时被占用，相当于并包括它被特定人占用还是被特定数目的人们(例如，相对于一个或多个阈值)占用。在一个实施例中，这个检测能够例如通过对麦克风信号进行分析、检测用户移动(例如，在设备前面)、检测门或车库门的打开和关闭、检测无线信号、检测接收到的信号的IP地址、检测一个或多个设备在时间窗口内的操作等而发生。而且，处理器20可以包括用于标识特定居住者或对象的图像识别技术。
在某些实施例中，处理器20还可以包括高能力处理器和低能力处理器。高能力处理器可以执行诸如操作用户接口组件14等的计算密集操作。另一方面，低能力处理器可以管理诸如从传感器12检测危险或温度的不太复杂的过程。在一个实施例中，低能力处理器可以唤醒或者初始化用于计算密集过程的高能力处理器。
在一些实例中，处理器200可以预测所希望的设定和/或实现那些设定。例如，基于存在检测，处理器20可以将设备设定调整成例如在无人在家或在特定房间中时保存电力或者符合用户偏好(例如，通用的在家偏好或用户特定的偏好)。作为另一示例，基于特定人、动物或对象(例如，小孩、宠物或丢失对象)的检测，处理器20可以启动人、动物或对象在哪里的音频或视觉指示器，或者可以在在某些条件下(例如，在晚上或在灯关闭时)检测到未被认出的人的情况下启动警报或安全特征。
在一些实例中，设备可以彼此交互，使得由第一设备检测到的事件影响第二设备的动作。例如，第一设备能够检测到用户已驶入车库(例如，通过检测车库中的运动、检测车库中的光变化或者检测车库门的打开)。第一设备能够经由高效网络层向第二设备传送这个信息，使得第二设备例如能够调整家庭温度设定、光设定、音乐设定、和/或安全警报设定。作为另一示例，第一设备能够检测用户接近前门(例如，通过检测运动或突然的光图案变化)。例如，第一设备可以使得通用音频或视觉信号被呈现(例如，诸如门铃的发声)或者使得位置特定的音频或视觉信号被呈现(例如，以通告访问者存在于用户正占用的房间内)。
通过示例，设备10可以包括诸如学习型恒温器的恒温器。这里，恒温器可以包括诸如温度传感器、湿度传感器等的传感器12，使得恒温器可以确定该恒温器被布置所在的建筑物内的目前气候条件。用于恒温器的电源组件16可以是本地电池，使得恒温器可以被放置在建筑物中的任何地方，而不用顾及被放置得与连续电源极为接近。因为可以使用本地电池来给恒温器供电，所以恒温器可以使其能量使用最小化，使得电池很少被替换。
在一个实施例中，恒温器可以包括可以具有布置在其上的可旋转环作为用户接口组件14的圆形轨道。因此，用户可以使用可旋转环与恒温器交互或者对恒温器进行编程，使得恒温器通过控制加热、通风和空气调节(HAVC)单元等来控制建筑物的温度。在一些实例中，恒温器可以基于其程序设计来确定建筑物何时可能是空的。例如，如果恒温器被编程为使HVAC单元保持断电达延长时间段，则恒温器可以确定建筑物在这个时间段期间将是空的。这里，恒温器可以被编程为在它确定建筑物是空的时关掉灯开关或其它电子设备。因此，恒温器可以使用网络接口18来与灯开关设备进行通信，使得它可以在建筑物被确定为是空的时向灯开关设备发送信号。以这种方式，恒温器可以高效地管理建筑物的能量使用。
记住上文，图2图示图1的设备10可以经由高效网络层与其它设备进行通信的家庭环境30的框图。所描绘的家庭环境30可以包括诸如房屋、办公建筑物、车库或活动房屋的结构32。应当了解，还能够将设备集成到不包括整个结构32的家庭环境(诸如套房、公寓、办公空间等)中。另外，家庭环境30可以控制和/或耦合到实际结构32外部的设备。实际上，家庭环境30中的数个设备根本不必物理上在结构32内。例如，控制水池加热器34或灌溉系统36的设备可以位于结构32外部。
所描绘的结构32包括经由墙40彼此至少部分地分开的许多房间38。墙40能够包括内墙或外墙。每个房间38还能够包括地板42和天花板44。这些设备能够被安装在墙40、地板42、或天花板44上，与墙40、地板42、或天花板44集成在一起，并且/或者由墙40、地板42、或天花板44支撑。
家庭环境30可以包括多个设备，包括可以与彼此和/或与基于云的服务器系统无缝地集成在一起以提供各种有用的家庭目标中的任一个的智能、多感测、连接网络的设备。家庭环境30中所图示的设备中的一个、更多个或每一个可以包括一个或多个传感器12、用户接口14、电源16、网络接口18、处理器20等。
示例性设备10可以包括诸如学习型恒温器-第一代T100577或学习型恒温器-第二代T200577的连接网络的恒温器46。恒温器46可以检测环境气候特性(例如，温度和/或湿度)并且控制加热、通风和空气调节(HVAC)系统48。另一示例性设备10可以包括诸如的危险检测单元的危险检测单元50。危险检测单元50可以检测危险物质和/或危险条件存在于家庭环境30中(例如，烟雾、火或一氧化碳)。此外，能够被称为“智能门铃”的入口通道接口设备52能够检测人接近于或背离位置、控制可听功能性、经由音频或视觉手段来通告人的接近或背离、或者控制关于安全系统的设定(例如，以激活或停用该安全系统)。
在某些实施例中，设备10可以包括可以检测环境照明条件、检测房间占用状态、并且控制一个或多个灯的电力和/或暗淡状态的灯开关54。在一些实例中，灯开关54可以控制风扇(诸如吊式风扇)的电力状态或速度。
此外，墙插座接口56可以检测房间或围墙的占用并且控制电力到一个或多个墙插座的供应(例如，使得在无人在家的情况下不向插座供应电力)。家庭环境30内的设备10还可以包括家电58，诸如冰箱、电炉和/或烘箱、电视、洗衣机、烘干机、灯(在结构32内部和/或外部)、立体声设备、对讲系统、车库门开门器、落地风扇、吊式风扇、全屋风扇、壁式空调器、水池加热器34、灌溉系统36、安全系统等。虽然图2的描述可以标识与特定设备相关联的特定传感器和功能性，但是应当了解，可以将各种传感器和功能性(诸如在整个说明书中所描述的那些传感器和功能性)中的任一个集成到设备10中。
除包含处理和感测能力之外，上面所描述的示例性设备中的每一个也许能够与任何其它设备以及对在世界上任何地方连接网络的任何云服务器或任何其它设备进行数据通信和信息共享。在一个实施例中，设备10可以经由将在下面参考图5所讨论的高效网络层来发送和接收通信。在一个实施例中，高效网络层可以使得设备10能够经由无线网状网络与彼此进行通信。因此，某些设备可以用作无线重发器和/或可以充当家庭环境中的可能未彼此直接连接(即，单跳)的设备之间的桥接器。
在一个实施例中，无线路由器60还可以经由无线网状网络与家庭环境30中的设备10进行通信。无线路由器60然后可以与互联网62进行通信，使得每个设备10可以通过互联网62与中央服务器或云计算系统64进行通信。中央服务器或云计算系统64可以与和特定设备10相关联的制造商、支持实体或服务提供商相关联。因此，在一个实施例中，用户可以使用设备本身而不是使用诸如电话或连接互联网的计算机的一些其它通信手段来联系客户支持。另外，能够从中央服务器或云计算系统64向设备自动地发送软件更新(例如，当可用时、当被购买时、或者以例行间隔)。
借助于网络连接性，即使用户不接近于设备，设备10中的一个或多个也可以进一步允许用户与设备交互。例如，用户可以使用计算机(例如，台式计算机、膝上型计算机、或平板)或其它便携式电子设备(例如，智能电话)66来与设备进行通信。网页或应用可以从用户接收通信并且基于所接收到的通信来控制设备10。而且，网页或应用可以向用户呈现关于设备的操作的信息。例如，用户能够查看设备的当前设定点温度并且使用可以连接到互联网62的计算机来调整它。在这个示例中，恒温器46可以经由使用高效网络层创建的无线网状网络来接收当前设定点温度视图请求。
在某些实施例中，家庭环境30还可以包括各种非通信传统家电68，诸如能够借助于墙插座接口56来控制(即使粗糙地(ON/OFF))的旧常规的洗衣机/烘干机、冰箱等。家庭环境30还可以包括各种部分地通信的传统家电70，诸如能够通过由危险检测单元50或灯开关54所提供的IR信号来控制的红外(IR)控制的壁式空调器或其它IR控制的设备。
如上面所提到的，上面所描述的示例设备10中的每一个设备可以建立无线网状网络，使得可以向每个设备10传递数据。记住图2的示例设备，图3图示可以被采用来方便上面所描述的示例性设备中的一些设备之间的通信的示例无线网状网络80。如图3中所示，恒温器46可以具有到插座接口56的直接无线连接，所述插座接口56可以以无线方式连接到危险检测单元50并连接到灯开关54。以同一方式，灯开关54可以以无线方式耦合到家电58和便携式电子设备66。家电58可以仅耦合到水池加热器34并且便携式电子设备66可以仅耦合到灌溉系统36。灌溉系统36可以具有到入口通道接口设备52的无线连接。图3的无线网状网络80中的每个设备可以与无线网状网络80内的节点相对应。在一个实施例中，高效网络层可以指定每个节点使用RIPng协议和DTLS协议来传送数据，使得可以在这些节点之间经由最少数目的跳将数据安全地传输到目的地节点。
通常，高效网络层可以是如图4中所描绘的开放系统互连(OSI)模型90的一部分。OSI模型90图示通信系统相对于抽象层的功能。也就是说，OSI模型可以指定联网框架或者设备之间的通信如何可以被实现。在一个实施例中，OSI模型可以包括六个层：物理层92、数据链路层94、网络层96、传输层98、平台层100、和应用层102。通常，OSI模型90中的每个层可以服务它上方的层并且可以被它下面的层服务。
记住这个，物理层92可以为可以与彼此进行通信的设备提供硬件规格。因此，物理层92可以确立设备如何可以彼此连接，帮助管理如何可以在设备之间共享通信资源等。
数据链路层94可以指定如何可以在设备之间传输数据。通常，数据链路层94可以提供可以将正被传送的数据分组编码和解码成比特作为传输协议的一部分的方式。
网络层96可以指定正被传输到目的地节点的数据如何被路由。网络层96还可以与应用层102中的安全协议相接口，以确保维护正被传输的数据的完整性。
传输层98可以指定数据从源节点到目的地节点的透明传输。传输层98还可以控制数据的透明传输如何保持可靠。因此，传输层98可以被用来验证旨在传输到目的地节点的数据分组实际上到达了目的地节点。可以在传输层98中采用的示例性协议可以包括传输控制协议(TCP)和用户数据报协议(UDP)。
平台层100可以根据在传输层98内指定的协议来建立设备之间的连接。平台层100还可以将数据分组转化成应用层102可以使用的形式。应用层102可以支持可以与用户直接接口的软件应用。因此，应用层102可以实现由软件应用所定义的协议。例如，软件应用可以提供诸如文件传输、电子邮件等的服务。
现在参考图5，在一个实施例中，可以以某种方式将网络层96和传输层98配置成形成高效低功率无线个人网络(ELoWPAN)110。在一个实施例中，ELoWPAN110可以基于可以与低速率无线个人局域网(LR-WPAN)相对应的IEEE802.15.4网络。ELoWPAN110可以指定网络层96可以使用基于网际协议版本6(IPv6)的通信协议在家庭环境30中的设备10之间路由数据。因此，每个设备10可以包括可以给每个设备10提供唯一地址以用来通过互联网、在家庭网络30附近的本地网络等标识它本身的128比特IPv6地址。
在一个实施例中，网络层96可以指定可以使用下一代路由信息协议(RIPng)在设备之间路由数据。RIPng是基于源节点与目的地节点之间的跳数经由无线网状网络来路由数据的路由协议。也就是说，RIPng可以在确定数据如何将被路由时确定采用最少跳数的从源节点到目的地节点的路由。除经由无线网状网络支持数据传输之外，RIPng能够支持IPv6联网业务。因此，每个设备10可以在路由数据时使用用于标识它本身的唯一IPv6地址以及用于标识目的地节点的唯一IPv6地址。将在下面参考图6描述关于RIPng如何在节点之间发送数据的附加细节。
如上面所提到的，网络层96还可以经由应用层102与安全协议相接口以管理正被传输的数据的完整性。如图5中所示，高效网络层可以使用应用层102中的数据报传输层安全(DTLS)协议来使在设备之间传输的数据安全。通常，高效网络层可以使用应用层102的DTLS协议来确定设备10之间的通信通路是否是安全的。在通信通路被确定为安全的之后，高效网络层可以方便设备10之间的安全数据传输。以这种方式，高效网络层可以使用传输控制协议(TCP)、用户数据报协议(UDP)等来使能数据传输。将在下面参考图8和图9描述关于DTLS协议的附加细节。
图5中所描绘的网络层96在本文中被表征为上面所提到的高效网络层。也就是说，高效网络层使用RIPng来路由IPv6数据。而且，高效网络层可以与应用层102相接口，以采用DTLS协议来使设备之间的数据传输安全。结果，对于数据来说传输层98可以支持各种类型的(例如，TCP和UDP)传输方案。
现在参考图6，图6描绘可以被用于使用RIPng来为图3的无线网状网络80中的每个设备10确定路由表的方法120的流程图。方法120可以由家庭环境30中的每个设备10来执行，使得每个设备10可以产生指示无线网状网络80中的每个节点可以如何彼此连接的路由表。因此，每个设备10可以独立地确定如何将数据路由到目的地节点。在一个实施例中，设备10的处理器20可以使用网络接口18来执行方法120。因此，设备10可以经由网络接口18向家庭环境30中的其它设备10发送与传感器12相关联或者由处理器18所确定的数据。
将参考图7A至图7D描述方法120的以下讨论，以清楚地图示方法120的各个块。记住这个并参考图6和图7A两者，在块122处，设备100可以向可以直接(即，零跳)到请求设备10的任何其它设备10发送请求132。请求132可以包括对于来自相应设备10的所有的路由信息的请求。例如，参照图7A，在节点1处的设备10可以将请求132发送到在节点2处的设备10以发送包括在节点2的存储器中的路由(即，N2的路由)中的全部。
在块124处，请求设备10可以从相应设备10接收可以包括在相应设备10的相应存储器中包括的路由中的全部的消息。可以在可以指定无线网状网络80中的每个节点可以如何彼此连接的路由表中组织路由。也就是说，该路由表可以指定数据可以被传输到哪些中间节点以使得数据从源节点到目的地节点。返回参考以上示例并参考图7B，响应于节点1对于N2的路由的请求，在块124处，节点2可以向节点1发送包括在节点2的存储器或存储中的路由(N2的路由144)中全部。在一个实施例中，如图7A中所示，无线网状网络80的每个节点可以将请求132发送到其相邻节点。作为响应，如图7B中所示，每个节点然后可以将其路由发送到其相邻节点。例如，图7B像用N1的路由142、N2的路由144、N3的路由146、N4的路由148、N5的路由150、N6的路由152、N7的路由154、N8的路由156以及N9的路由158所描绘的那样图示每个节点如何将其路由数据发送到每个相邻节点。
最初，每个节点可以知道它可能具有直接连接(即，零跳)的节点。例如，最初，节点2可能仅知道它直接连接到节点1、节点3和节点4。然而，在接收到N1的路由142、N3的路由146、以及N4的路由148之后，节点2的处理器20可以构建包括与N1的路由142、N3的路由146、以及N4的路由148包括在一起的信息中的全部的路由表。因此，下一次节点2接收到对于其路由或路由表(即，N2的路由144)的请求，节点2可以发送包括N1的路由142、N2的路由、N3的路由146、以及N4的路由148的路由表。
记住这个并往回参考图6，在块126处，请求设备10可以更新其本地路由表以包括从相邻设备10接收到的路由信息。在某些实施例中，每个设备10可以周期性地执行方法120，使得每个设备10包括表征无线网状网络80中的每个节点可以如何彼此连接的经更新的路由表。如上面所提到的，每当方法120被执行时，如果相邻设备10利用从其相邻设备接收到的信息更新了其路由表，则每个设备10可以从其相邻设备10接收附加信息。结果，每个设备10可以理解无线网状网络80中的每个节点可以如何彼此连接。
例如，图7C图示可能已由在节点1处的设备10使用方法120确定的路由表172。在这个示例中，路由表172可以指定作为目的地节点的无线网状网络80中的每个节点、节点1与每个目的地节点之间的中间节点以及节点1与目的地节点之间的跳数。跳数与正被发送到目的地节点的数据在到达目的地节点之前可以被转发到中间节点的次数相对应。当向特定目的地节点发送数据时，RIPng路由方案可以选择牵涉最少跳数的路由。例如，如果节点1打算向节点9发送数据，则RIPng路由方案将经由节点2、4、5和8路由数据，这包括四跳，与包括五跳的经由节点2、4、6、7和8路由数据对照。
通过使用RIPng路由方案，每个设备10可以独立地确定数据应该如何被路由到目的地节点。另一方面，诸如在6LoWPAN设备中使用的“波纹(Ripple)”路由协议(RPL)的常规路由方案可以通过可以是知道无线网状网络的结构的唯一节点的中央节点来路由数据。更具体地，RPL协议可以根据可以被构造为层次的有向非循环图(DAG)来创建无线网状网络。位于这个层次顶部的可以包括边界路由器，其可以向低层节点周期性地组播请求以针对节点的连接中的每一个确定秩。本质上，当数据被从源节点传输到目的地节点时，可以朝节点的层次向上然后向下回到目的地节点传输数据。以这种方式，位于朝层次向上更高处的节点可以比位于层次中更低处的节点更经常地路由数据。而且，RPL系统的边界路由器还可能正在更频繁地操作，因为它控制数据将如何经由层次被路由。在常规RPL系统中，和这里教导的RIPng系统对比，一些节点可能由于其在层次内的位置而不由于其相对于源节点和目的地节点的位置而简单地在更频繁基础上路由数据。在RPL系统下更经常地路由数据的这些节点可能消耗更多的能量，进而可能不适合于与家庭环境30中的使用低功率操作的设备10一起实现。而且，如上面所提到的，如果RPL系统的边界路由器或任何其它更高层节点与恒温器46相对应，则所增加的数据路由活动可以增加在恒温器46内产生的热。结果，恒温器46的温度读数可能不正确地表示家庭环境30的温度。因为其它设备10可以基于恒温器46的温度读数来执行特定操作，并且因为恒温器46可以基于其温度读数来向各种设备10发送命令，所以确保恒温器46的温度读数是准确的可能是有利的。
除确保设备10中谁都不通过使用RIPng路由方案来路由数据不适当的次数之外，可以通过用户以最小努力将新设备10添加到无线网状网络。例如，图7D图示新节点10正被添加到无线网状网络80。在某些实施例中，一旦节点10建立到无线网状网络80的连接(例如，经由节点4)，与节点10相对应的设备10就可以执行上面所描述的方法120，以确定数据可以如何被路由到无线网状网络80中的每个节点。如果无线网状网络80中的每个节点已经执行了方法120多次，则在节点10处的设备10可以从在节点4处的设备10接收无线网状网络80的整个路由结构。以同一方式，可以从无线网状网络80中移除设备10并且每个节点可以通过再次执行方法120来相对容易地更新其路由表。
在使用RIPng路由方案建立路由方案之后，ELoWPAN110可以经由应用层102采用DTLS协议来使家庭环境30中的每个设备10之间的数据通信安全。如上面所提到的，在确保安全通信通路存在于两个通信设备之间之后，ELoWPAN110可以使得传输层98能够经由该安全通信通路来发送任何类型的数据(例如，TCP和UDP)。通常，添加到无线网状网络80的新设备10可以使用UDP数据传输来更迅速地与无线网状网络中的其它设备10有效地通信。而且，因为不保证递送，UDP数据传输通常通过正在发送或转发数据的设备10来使用更少能量。因此，设备10可以使用UDP数据传输来发送非关键数据(例如，人存在于房间中)，从而节省设备10内的能量。然而，可以经由TCP数据传输发送关键数据(例如，烟雾警报)以确保适当方接收到数据。
记住上文，ELoWPAN110可以采用DTLS协议来使在设备10之间传递的数据安全。在一个实施例中，DTLS协议可以使用握手协议来使数据传输安全。通常，握手协议可以使用可以由每个设备10提供的安全证书来对每个通信设备进行认证。图8图示描绘了安全证书可以如何被嵌入在设备10内的制造过程190的示例。
参考图8，可以向设备10的可信制造商192提供可以用于每个所制造的设备的许多安全证书。因此，虽然产生可以在家庭环境30中使用并耦合到无线网状网络80的设备10，但是可信制造商192可以在制造过程190期间将证书194嵌入到设备10中。也就是说，可以在设备10的制造期间将证书194嵌入到设备10的硬件中。证书194可以包括公钥、私钥，或可以被用来对无线网状网络80内的不同的通信设备进行认证的其它加密数据。结果，一旦用户接收到设备10，用户就可以在无需初始化设备10或者向中央安全节点等注册设备10的情况下将设备10集成到无线网状网络80中。
在诸如6LoWPAN设备中使用的网络接入认证承载协议(PANA)的常规数据通信安全协议中，每个设备10可以向特定节点(即，认证代理)对它本身进行认证。因此，在任何两个设备10之间传输数据之前，每个设备10可以向认证代理节点对它本身进行认证。该认证代理节点然后可以将认证的结果传达到执行点节点，其可以与认证代理节点位于一处。如果认证是有效的则执行点节点然后可以建立两个设备10之间的数据通信链路。而且，在PANA中，每个设备10可以经由执行点节点与彼此进行通信，这可以验证针对每个设备10的认证是有效的。
因此，通过使用DTLS协议而不是PANA来使节点之间的数据传输安全，高效网络层可以避免过度地使用授权代理节点、执行点节点、或二者。也就是说，没有一个使用高效网络层的节点可能正在处理针对无线网状网络中的节点之间的每个数据传输的认证数据。结果，与PANA协议系统中的授权代理节点或执行点节点相比使用高效网络层的节点可以保存更多的能量。
记住这个，图9图示当在彼此之间传输数据时可以在设备10之间使用的示例握手协议200。如图9中所示，在节点1处的设备10可以向在节点2处的设备10发送消息202。消息202可以是可以包括密码套件、散列与比较算法、以及随机数的hello消息。在节点2处的设备10然后可以用消息204做出响应，这可以验证在节点2处的设备10从在节点1处的设备10接收到消息202。
在建立节点1与节点2之间的连接之后，在节点1处的设备可以再次将消息202发送到在节点2处的设备10。在节点2处的设备10然后可以用消息208做出响应，所述消息208可以包括来自节点2的hello消息、来自节点2的证书194、来自节点2的密钥交换、以及对于节点1的证书请求。消息208中的hello消息可以包括密码套件、散列与比较算法以及随机数。证书194可以是由可信制造商192像上面参考图8所讨论的那样嵌入在设备10内的安全证书。密钥交换可以包括公钥、私钥，或可以被用来确定用于在两个节点之间建立通信通道的秘密密钥的其它加密信息。在一个实施例中，可以将密钥交换存储在位于相应节点处的对应设备10的证书194中。
响应于消息208，在节点1处的设备10可以发送可以包括来自节点1的证书194、来自节点1的密钥交换、节点2的证书验证、以及来自节点1的改变密码规格的消息210。在一个实施例中，在节点1处的设备10可以使用节点2的证书194以及来自节点1的密钥交换来验证节点2的证书194。也就是说，在节点1处的设备10可以基于节点2的证书194以及来自节点1的密钥交换来验证从节点2接收到的证书194是有效的。如果来自节点2的证书194是有效的，则在节点1处的设备10可以将改变密码规格消息发送到在节点2处的设备10，以通告两个节点之间的通信通道是安全的。
类似地，在接收到消息210后，在节点2处的设备10可以使用节点1的证书194以及来自节点2的密钥交换来验证节点1的证书194。也就是说，在节点2处的设备10可以基于节点1的证书194以及来自节点2的密钥交换来验证从节点1接收到的证书194是有效的。如果来自节点1的证书194是有效的，则在节点2处的设备10还可以将改变密码规格消息发送到在节点1处的设备10，以通告两个节点之间的通信通道是安全的。
在确立通信通道是安全的之后，在节点1处的设备10可以向在节点2处的设备10发送按组(group-wise)网络密钥214。按组网络密钥214可以与ELoWPAN110相关联。以这种方式，随着新设备加入ELoWPAN110，先前有权在ELoWPAN110内通信的设备可以提供新设备对ELoWPAN110的访问。也就是说，先前有权在ELoWPAN110内通信的设备可以将按组网络密钥214提供给新设备，这可以使得新设备能够与ELoWPAN110中的其它设备进行通信。例如，按组网络密钥214可以被用来与已被适当地认证并且先前已提供有按组网络密钥214的其它设备进行通信。在一个实施例中，一旦已经在在节点1处的设备10与在节点2处的设备10之间交换了改变密码规格消息，就可以在这些设备之间传递诸如型号、设备能力等的标识信息。然而，在在节点2处的设备10接收到按组网络密钥214之后，可以在这些设备之间传送诸如来自布置在设备10上的传感器的数据、由设备10执行的数据分析等的附加信息。
通过在制造过程期间将安全证书嵌入在设备10内，设备10可能不牵涉用户为设备10建立安全或认证过程。而且，因为与中央认证代理节点对照设备10可以确保基于握手协议在节点之间安全地传输数据，所以无线网状网络80中的数据传输的安全可能不依靠单个节点以得到安全。替代地，高效网络层可以确保即便当一些节点变得不可用时也可以在节点之间安全地传输数据。因此，高效网络层可能更不太易受安全问题攻击，因为它不依靠单个节点用于使数据消息安全。

Claims (20)

1.一种电子设备，包括：
网络接口，所述网络接口被配置成将所述电子设备以无线方式耦合到至少一个其它电子设备；以及
处理器，所述处理器被配置成：
经由所述网络接口使用下一代路由信息协议(RIPng)路由机制来确定到所述至少一个其它电子设备的至少一个数据路径；
使用数据报传输层安全(DTLS)协议来确定所述至少一个数据路径是否是安全的连接；以及
如果所述至少一个数据路径是安全的，则经由所述至少一个数据路径向所述至少一个其它电子设备发送一个或多个网际协议版本6(IPv6)数据分组。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子设备和所述至少一个其它电子设备被配置成为无线网状网络的一部分。
3.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述处理器被配置成至少部分地基于所述RIPng路由机制来产生路由表，其中所述路由表包括所述至少一个数据路径。
4.根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述处理器被配置成通过以下来产生所述路由表：
向具有到所述电子设备的直接通信连接的第一电子设备发送对于路由信息的请求；
从所述第一电子设备接收所述路由信息，其中所述路由信息包括直接通信地耦合到所述第一电子设备的电子设备的标识；以及
至少部分地基于所述路由信息来产生所述路由表。
5.根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述路由表包括经由所述电子设备与所述至少一个其它电子设备之间的一个或多个数据路径通信地耦合的一个或多个电子设备的标识。
6.根据权利要求3所述的电子设备，其中，所述处理器被配置成通过以下来更新所述路由表：
向通信地耦合到第二电子设备的第一电子设备发送对于路由信息的请求；
从所述第一电子设备接收所述路由信息，其中所述路由信息包括通信地耦合到所述第一电子设备并且通信地耦合到所述第二电子设备的一个或多个电子设备的标识；以及
至少部分地基于所述电子设备的所述标识来更新所述路由表。
7.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述网络接口被配置成经由用户数据报协议(UDP)和传输控制协议(TCP)来发送所述IPv6数据分组。
8.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述处理器被配置成在确定所述至少一个数据路径是否是安全的时标识嵌入在所述电子设备内的安全证书。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其中，所述安全证书在与所述电子设备相关联的制造过程期间被嵌入在所述电子设备内。
10.一种用于在被布置在建筑物中的第一电子设备与被布置在所述建筑物中的第二电子设备之间进行通信的方法，包括：
在所述建筑物中形成无线网状网络，其中所述无线网状网络包括所述第一电子设备和所述第二电子设备，并且其中所述无线网状网络是至少部分地基于下一代路由信息协议(RIPng)路由机制来形成的；以及
至少部分地基于数据报传输层安全(DTLS)协议经由所述无线网状网络在所述第一电子设备与所述第二电子设备之间建立安全通信信道。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，形成所述无线网状网络包括：
从所述第一电子设备向通信地布置在所述第一电子设备与所述第二电子设备之间的至少一个其它电子设备发送对于路由信息的请求，其中所述路由信息包括通信地耦合到所述至少一个其它电子设备的电子设备的标识；以及
在所述第一电子设备处至少部分地基于所述路由信息来产生路由表。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，建立所述安全通信信道包括在所述第二电子设备处使用握手协议来对嵌入在所述第一电子设备中的第一安全证书进行认证。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述第二电子设备处使用所述握手协议来对嵌入在所述第一电子设备中的所述第一安全证书进行认证包括：
在所述第二电子设备处经由所述安全通信信道从所述第一电子设备接收第一消息，其中所述第一消息包括与所述第一电子设备相关联的一个或多个密码套件、一个或多个散列算法、第一随机数、所述第一安全证书、和第一密钥交换；以及
至少部分地基于所述第一安全证书和所述第一密钥交换来确定所述第一安全证书是否是有效的。
14.根据权利要求10所述的方法，包括在所述通信信道是安全的时经由所述无线网状网络从所述第一电子设备向所述第二电子设备发送网络密钥，其中所述网络密钥被配置成使得所述第二电子设备能够与被授权经由所述无线网状网络彼此进行通信的一个或多个电子设备进行通信。
15.一种包括指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令被配置成：
使用下一代路由信息协议(RIPng)路由机制来确定经由无线网状网络到至少一个其它电子设备的至少一个数据路径；
使用数据报传输层安全(DTLS)协议来确定所述至少一个数据路径是否是到所述至少一个其它电子设备的安全连接；以及
如果所述至少一个数据路径是安全的，则经由所述至少一个数据路径向所述至少一个其它电子设备发送一个或多个网际协议版本6(IPv6)数据分组。
16.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述至少一个其它电子设备包括恒温器、危险检测单元、入口通道接口设备、灯开关、墙插座接口、水池加热器、灌溉系统、或其任何组合。
17.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述无线网状网络被布置在整个家庭、套房、或办公室中。
18.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述IPv6数据分组使用IEEE802.15.4网络来发送。
19.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述无线网状网络被配置成通信地耦合到互联网。
20.根据权利要求15所述的非暂时性计算机可读介质，其中，所述网际协议版本6(IPv6)数据分组使用用户数据报协议(UDP)和传输控制协议(TCP)来发送。
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